과학 분야의 교육에서 실험이 차지하는 비중은 다른 분야에 비하여 매우 크다. 과학실험은 여러 가지 실험구조요소 선택과 배치 및 적절한 실험 행위에 의하여 어떤 실험 상황이 만들어지고 자연법칙에 의해 상태 변화가 발생하여 실험을 진행하게 된다. 과학자 혹은 학생이 실험을 하면서 그 실험에 대한 인지모델을 내부적으로 구축하고 그 모델을 사용하여 시스템행위에 대한 인과추론을 함으로써 실험을 통해 진리 학습과 탐구를 하게 된다. 2차원 모델과 인과추론에 필요한 본체론 적 엔티티의 표현과 더불어 실험에서의 변화를 유도하는 추론방법을 본 연구에서 제시한다. 구현을 위해 화학영역의 실험을 선택하였고, 실험구성요소 (실험 기구와 시약) 및 물리적, 화학적 자연 법칙 뿐만 아니라, 실험 시스템 구조와 각 실험요소의 기능을 고려한 추상지식까지를 지식표현 대상으로 하고 있는 것이 본 연구의 특징이다. 학생이 임의의 실험을 할 수 있고 실세계와 유사한 현상을 보이는 가상 화학실험실을 개발하여 제안된 방법의 적정성을 확인하였다.
We believe that science experiments in a laboratory are essential for science education. Scientific experiments begin with situations set by selecting and locating tools and reagents. and by proper experimental behavior, and thereafter situations are changed by natural laws and intermediate experimental behavior. While scientists and students do experiments, they build a cognitive model internally, do causal reasoning on the model to derive system behavior, and then learn scientific truth. We suggest not only a representation method for a 2-dimentional model and for ontological entities necessary in causal reasoning, but also an inferencing method to derive behavior. Chemistry experiments are chosen for the implementation. For the ontological entities, we consider experimental tools, reagents and their heirarchical structures, physics and chemistry natural laws, and functional abstraction knowledge. In order to show the usefulness of our methods, we have developed a program, called ACUArtificial Chemistry Laboratory), which provides an experiment environment where students can do non-predetermined experiments, and shows experiment려 system behavior similar to what happens in the same situation in a real world and descriptions about why it happens.
